自动化码头双小车岸桥与AGV协调调度问题研究

为研究自动化集装箱码头中自动导引运输车（Automated Guided Vehicle，AGV）与双小车岸桥（Double-Trolley Quay Crane，QC）的协调调度问题，考虑双小车岸桥中转平台及其容量限制，并以双小车岸桥门架小车时间窗为约束，建立以集装箱任务最大完工时间最小化为目标的混合整数规划模型。设计启发式算法，由中转平台的容量求得岸桥门架小车操作集装箱任务的时间窗，并采用遗传算法进行求解，给出相应的AGV调度优化方案，解决两大设备的协调调度问题。最后，以10组实验为例，比较了遗传算法与粒子群算法的优化结果。结果表明两种算法一致，且基于遗传算法的模型求解收敛速度更快，从而验证了该算法的可行性。     

考虑双小车岸桥中转平台的AGV调度问题研究

针对双小车岸桥下的AGV 调度问题进行了研究,考虑了双小车岸桥上的中转平台及其容量限制,以岸桥前小车作业延迟时间和岸桥后小车与AGV间的等待时间之和最小为目标函数,建立了带有时间窗约束的AGV调度混合整数规划模型,设计了启发式算法求解后小车时间窗,并采用遗传算法对模型进行求解,获得了基于岸桥后小车作业时间窗的AGV调度优化方案。算例结果表明：双小车岸桥的应用能够有效的降低设备间的等待时间,从而缩短港口整体装卸时间。     

干扰约束下考虑分组作业面的岸桥AGV联合调度

为解决自动化码头海侧多阶段设备作业的协调问题,加快集装箱在码头内部的周转过程。考虑干扰约束下分组作业面的的岸桥自动导引小车（AGV）联合调度问题。以岸桥、AGV完工时间和AGV等待时间加权总和最小为目标,考虑岸桥实际操作中的干扰约束与AGV堵塞等待等情况,建立岸桥与AGV联合调度优化模型。提出岸桥动态调度与AGV分组作业面调度模式,设计不同规模的算例,并采用遗传算法（GA）进行求解,将计算结果与传统调度模式进行对比。结果表明,该算法能有效提高岸桥与AGV作业效率,降低AGV的等待时间与堵塞次数,为码头实际作业提供依据。     

集装箱码头设备配置与作业调度集成优化研究

合理配置与调度自动化集装箱码头岸桥、场桥和AGV(automated guided vehicle)等设备对提高码头作业效率,减少能耗具有重要意义.在集装箱码头缓冲区容量有限的条件下,结合AGV路径无冲突约束,建立了以最小化船舶在港时间和最小化总能耗为目标的多目标混合整数规划模型,并设计了双层遗传算法求解方法.以某市自...     

基于时间窗的双小车岸桥与AGV协调调度研究

针对自动化集装箱码头（automated container terminals,ACT）的自动导引车 ( automatic guided vehicle,AGVs) 与自动化双小车岸桥（double-trolley quay cranes,QCs）协调调度优化问题,以上海洋山港四期工程的实际布局和装卸工艺为基础,考虑装卸同时进行条件下以最小化任务总完工时间为目标,建立带有时间窗约束的双小车岸桥和AGV的协调调度模型,并采用遗传算法对实际算例进行求解。通过灵敏度分析,验证了该模型及算法的有效性,并对遗传算法参数设置的有效性进行检验。结果分析表明,该调度方法有助于提高自动化集装箱码头的作业效率,减少集装箱船的在港时间,提高码头竞争力。     

自动化集装箱港口考虑AGV伴侣的AGV调度优化问题研究

为提高自动化集装箱港口设备的工作效率,提出了一种新的集装箱进出口工艺：堆场—场桥—AGV伴侣—AGV—岸桥。在考虑AGV伴侣容量限制的基础上,建立了带时间窗约束的AGV调度混合整数规划模型,设计了启发式算法求解AGV伴侣时间窗,采用粒子群算法进行求解,得出了相应AGV调度优化方案。求解结果表明,AGV伴侣的设置能有效改善AGV与场桥间的协调性、设备间的等待时间;并且AGV伴侣容量一定时,场桥的等待时间随着AGV的数量增加而减少。     

自动化码头考虑缓冲区的设备协调调度优化

为研究自动化码头缓冲区的设置对装卸设备作业协调性的影响,针对“双小车岸桥+AGV+缓冲支架+自动化轨道吊”的装卸工艺,利用缓冲有限的柔性流水车间调度理论建立集成调度优化模型,设计了以NEH启发式算法产生初始解的遗传算法对模型进行求解,得出相应的设备调度优化方案与完工时间,并通过对比遗传算法与粒子群算法的运算结果验证了提出的模型与算法的有效性,进而分析了不同缓存区容量对完工时间以及设备使用率的影响。结果表明,设置缓冲区能有效提高不同设备之间的作业协调性,显著减少AGV的使用数量与作业完工时间。     

带有缓存区的集装箱码头AGV和场桥的联合调度

为提高自动化集装箱港口设备AGV（Automated Guided Vehicle）和堆场场桥的工作效率,减少它们之间衔接作业的相互等待时间,建立了带有缓存区设置的集装箱码头AGV和堆场场桥的联合调度模型。利用遗传算法进行算例求解,得到相应的调度方案和以场桥的作业延迟时间、AGV的总行驶时间及场桥等待AGV时间之和最小为目标的完工时间。再针对不同的缓存区容量的设置进行调度方案完工时间的结果比较。实验结果表明,缓存的设置可以有效减少AGV和堆场场桥衔接作业中相互等待的时间,而缓存区容量在一定范围内对于完成作业时间有较大影响。     

考虑AGV避碰的自动化码头多资源协同调度

为解决自动化码头岸桥、AGV、场桥三个资源协同调度中AGV的路口碰撞问题,考虑任务分配、AGV的避碰约束,建立一个所有任务最大完工时间最小化为目标的混合整数规划模型。通过设置路口的相容和冲突相位,使处于相容相位的AGV可以同时通过。对考虑避碰规则和不考虑避碰规则的实验数组进行分析,比较其解的优劣性。实验结果表明在考虑避碰规则下的AGV能有效减少冲突次数,实现相容相位小车的避碰,使调度结果更优化,提高整个作业流程的效率。     

自动化码头AGV充电与作业的集成调度研究

为了提高自动化集装箱码头AGV（Automated Guided Vehicle）的作业效率,根据采用电力驱动的AGV作业时的充电需求和运输过程的特性,考虑了垂岸式集装箱堆场布局和AGV充电过程对实际作业的影响,以最大化AGV充电利用率、最小化最末任务完成时间、最小化AGV空载时间为目标,以AGV充电后的续航能力等为约束条件,以遗传算法为研究方法,构建了考虑充电过程的自动化码头AGV作业的调度模型。通过算例分析,对比了遗传算法与混合整数规划算法的求解效果,分析了参与运输的AGV数量对运输时间的影响,也验证了遗传算法给出的调度方案的可信性。最后得出结论：针对该问题,遗传算法可以快速、高效地给出值得信赖的AGV调度方案。     

双循环策略下岸桥与跨运车的联合调度

集装箱码头采用跨运车能够减少作业环节和码头机械设备的种类与数量,同时缓存区容量的设置至关重要。首先,为降低码头总完工时间、提高码头作业效率,并解决采用跨运车作为水平运输设备与岸桥进行联合装卸作业时产生的时空协调问题,引入了双循环操作策略,对岸桥与跨运车的联合作业序列优化问题进行研究。其次,建立以总完工时间最小化为目标,考虑岸桥与跨运车双循环操作的实际约束、岸桥缓存区容量限制、安全时间等约束的混合整数规划模型。然后,针对传统禁忌搜索（TS）算法的局限性,加入贪婪算法、多种邻域搜索方式、响应性策略,设计了基于贪婪算法的响应性TS算法,并进行了数值实验。实验结果验证了所提模型与算法的有效性。最后,通过对缓存区容量与跨运车数量、岸桥与跨运车配比的实验分析,得出了最优的跨运车数量和缓存区容量、岸桥与跨运车配比。结果表明：与传统码头设备配置相比,双循环策略可减少跨运车使用数量,提高岸桥与跨运车使用率。     

干扰约束下集装箱码头全岸线岸桥调度研究

为实现自动化码头岸桥作业方案的动态调整与优化,提升作业效率,以全岸线的岸桥为研究对象,在岸线以贝位为单位划分的基础上,考虑岸桥装卸作业过程中的安全距离、作业顺序以及贝位任务量等因素,建立了以最小化岸桥最大完工时间和等待时间为目标的混合整数规划模型,并设计了改进的遗传算法对该模型进行求解。通过不同情形的实际算例对模型和算法进行了验证。计算结果表明,该模型可以有效解决全岸线的岸桥调度问题,并得到更优的调度结果;同时改进的遗传算法计算时间随着算例规模的扩大而减少,并且解的质量更高,进而验证了在提升自动化码头作业效率上,全岸线岸桥调度的有效性。     

Dynamic Scheduling and Path Planning of Automated Guided Vehicles in Automatic Container Terminal

The uninterrupted operation of the quay crane (QC) ensures that the large container ship can depart port within laytime, which effectively reduces the handling cost for the container terminal and ship owners. The QC waiting caused by automated guided vehicles (AGVs) delay in the uncertain environment can be alleviated by dynamic scheduling optimization. A dynamic scheduling process is introduced in this paper to solve the AGV scheduling and path planning problems, in which the scheduling scheme determines the starting and ending nodes of paths, and the choice of paths between nodes affects the scheduling of subsequent AGVs. This work proposes a two-stage mixed integer optimization model to minimize the transportation cost of AGVs under the constraint of laytime. A dynamic optimization algorithm, including the improved rule-based heuristic algorithm and the integration of the Dijkstra algorithm and the Q-Learning algorithm, is designed to solve the optimal AGV scheduling and path schemes. A new conflict avoidance strategy based on graph theory is also proposed to reduce the probability of path conflicts between AGVs. Numerical experiments are conducted to demonstrate the effectiveness of the proposed model and algorithm over existing methods.      

面向哈佛体系结构的集装箱码头场桥作业调度

集装箱码头堆场作业调度问题一直是国内外相关研究的热点和难点,但由于码头作业的动态性、开放性、强耦合性和复杂性,堆场主要装卸设备场桥的调度配置问题一直未能有较好的解决方案。故提出面向哈佛体系结构的基于Agent建模和仿真模式,并将计算机操作系统中的磁盘臂调度算法和基于仿真的优化思想引入到上述模型中。通过构建相应的多Agent系统仿真得出敏捷高效鲁棒的场桥调度和配置解决方案,从而帮助集装箱码头提高服务水平和竞争力。     

A new continuous berth allocation and quay crane assignment model in container terminal

Over the past decades, Chinese ports throughput grew rapidly, and more and more concerns were shown on the operational efficiency and effectiveness. Many studies have been made for scheduling berth and quay cranes, which are the critical resources in container terminals. In this paper, a two-phase model for berth allocation and quay crane assignment is proposed. In the first phase, according to the relationships of time and space between vessels, a new continuous berth allocation model is established, in which not only the common restricts but the coverage area of quay crane are considered. Then in the quay crane assignment phase, a multi-objective programming model is proposed, in which the first objective is to minimize the range of maximum and minimum quay cranes used for resources saving, and the second one is to minimize the movements of quay cranes so as to improve the efficiency. A particle swarm optimization algorithm for BAP was developed. The results of numerical experiments show that the proposed approach can improve the essential operations in container terminal.     

基于船时效率的岸桥配置优化

在集装箱码头系统中,对船舶进行有效的岸桥配置有助于缓解岸边资源紧张的现状,提高码头的运营效率。针对连续泊位下动态到港船舶的泊位分配和岸桥配置的集成优化问题,对船舶的岸桥配置进行基于船时效率的动态调整,以最小化包括船舶延迟靠泊成本、偏离偏好泊位成本、延迟离港成本和岸桥重新配置成本在内的总成本为目标建立模型,并根据基于船时效率的岸桥配置的调整规则设计了启发式算法,结合遗传算法（GA）对问题进行求解。最终通过算例分析,验证了提出的模型和算法在解决实际港口中泊位分配和岸桥配置问题上的有效性,并通过与未考虑岸桥配置进一步调整的传统GA计算的结果进行比较,证实了提出算法的优化效果。     

An optimization approach for coupling problem of berth allocation and quay crane assignment in container terminal

This paper addresses an effective approach to solve the issue of berth allocation and quay crane assignment in a multi-user container terminal. First of all, the studied coupling problem is formulated with the interactions between berth allocation and quay crane assignment considered. Then, an evolutionary algorithm with nested loops was developed to obtain optimal solutions. The algorithm is well structured, where two inner loops are used to solve sub-problems of berth allocation and quay crane assignment respectively; an outer loop is then utilized to find an approximate solution based on the results of the two inner loops. The results of numerical experiments show that the proposed approach can improve the essential operations in container terminals.